自研挤奶机器人能够“读懂中国牛”

本文转自【北京青年报】；

智能挤奶机器人拥有完整自主知识产权

高国华教授（中）与科研团队探讨改进方案

在中国（南昌）国际奶业大会上展示产品

在7月7日开幕的2026中国（南昌）国际奶业大会暨全国农用机械展上，一款国产智能挤奶机器人吸引了众多国内外厂商的高度关注。因为这是一项攻克了长期存在于我国奶业和牧场里的“卡脖子”技术，而且核心零部件国产化率超95%、多项关键技术性能对标并超越国际头部产品的成果。

长期以来，我国规模化牧场的高端智能挤奶装备市场被海外品牌垄断，不仅产业链安全隐患突出，而且成本高昂。北京工业大学高国华教授率领的科研团队与首农集团等企业合作，仅用14个月就完成技术攻关，研制出拥有完整自主知识产权的国产高端智能挤奶装备，有望为我国奶业装备自主可控、产业链安全筑牢根基。成果的背后，是团队成员住进牛棚从“如何赶牛”学起、三代样机在工人建议中反复打磨的故事。14个月后，他们交出的答卷是一台能“读懂中国牛”的智能挤奶机器人和一个前景广阔的国产替代市场。

天价进口设备难适配

国产替代迫在眉睫

近年来，我国传统人工挤奶模式的用工成本逐年攀升，愿意干这种重体力活儿的熟练工人越来越少，而且人工操作容易造成生鲜乳品质波动、奶牛易生病。因此，正在北京等地涌现的万头级规模化牧场都有智能化改造的刚需——用智能的、自动化挤奶装备取代人工。

北京青年报记者了解到，目前国内牧场采用的自动挤奶装备主要是欧洲的一些品牌。这些欧洲成熟产品可以大量节省人工、提高产奶品质，但是一台单体利拉伐的售价在140万至200万元不等，而80个工位的转盘式整体装备高达5000万元，这还不包括高昂的售后服务成本。而且，进口设备还存在适应性不良的问题：一方面他们的配套数据系统封闭不兼容，无法对接国内牧场数字化管理平台，生鲜乳全流程品质追溯难以落地；另一方面，进口设备的算法是基于国外奶牛品种和养殖环境开发的，面对国内奶牛形态差异、牧场水汽扬尘等复杂工况，套杯识别、挤奶参数调节等故障率居高不下。直白的表述，就是国外的奶牛经过选育和迭代一致性较高，而中国各地奶牛个体差异性比较大，进口设备容易“水土不服”。基于这些问题，推进高端畜牧装备国产化替代，已经成为行业迫在眉睫的需求。

奶牛成为系统一部分

让机器人“读懂”牛

挤奶机器人一直是我国多个“五年计划”重点支持项目，但未能获得根本性突破。“十四五”期间，农业部将项目列为“卡脖子”重点机器人项目。在这样的时代背景下，北京工业大学与首农集团、京鹏环宇、中国农机院、中国科学院空天院等多家单位协作攻关，啃下这块“硬骨头”。

“（挤奶机器人研制）难就难在，这是用在牛身上的机器，每头牛的体型、脾气、数据都不一样，而且牛会动！”北工大机械与能源工程学院院长高国华教授告诉北青报记者。作为一名拥有100余项发明专利的自动化和机械设计专家，高国华领衔的智能农机装备系统创新方法实验室获批北京市重点实验室。这个实验室的一大特点，是将系统工程MBSE等方法融入到研发过程中，构建“装备-动植物-环境”复杂系统的一体化设计流程和平台。在研制挤奶机器人的过程中，他的团队的第一步，是把奶牛作为系统的一部分。

“经过学习我们才知道，奶牛不仅个体形态差异大，而且是特别胆小、敏感、脾气大的动物——环境的变化会直接影响它们的健康和产奶量，挤奶的手法触感稍有不对就会发脾气‘踢杯’（指挤奶过程中奶牛后肢踢击导致奶杯脱落或滑移，易引发乳房炎及效率下降）。”高国华说，所以挤奶机器人要做到定位精准、刚柔混合，“可以说是农业方向上最难的机器人了。”

团队的第一项工作，是把挤奶机器人与牧场为每头奶牛安装的数据采集项圈关联起来，可以实时了解奶牛的体型形态和近几天的进食量、反刍时间、产奶量等数据，挤奶机器人才能“智能”起来，根据每头牛的实时数据做出个性化的挤奶动作。

在团队的校内实验室，北青报记者看到了摆在一头奶牛模型下面的智能挤奶机器人“挤奶”的全过程。如果说人工挤奶靠的是工人的手，那么这台机器人就是一只巨大的机械手：机械臂相当于人的胳膊，机械臂与套杯之间用柔性绳索连接，相当于灵活的手指，而套杯就是手指末端的执行器，适配国内不同奶牛的差异化生理条件与乳房位置尺寸。与国外同类产品普遍采用刚性的联动绳索不同，这套设备依靠多气缸联动伸缩模组实现大范围灵活作业，柔和地完成了定位、套杯、挤奶全过程，能明显降低机械剐蹭损伤奶牛的风险，让牛放松，也就避免了“踢杯”。

从赶牛学起

三代挤奶机器人慢慢“磨”出来

14个月的研制过程看似短暂，实则充满“从零学起”的艰辛。团队里的数名青年教师以及十几名博士、硕士研究生开始时充满“科技攻关”的热情，却惊讶地发现，他们要跟养牛工人从“如何赶牛它才会走路”学起。

一年前的7月盛夏，团队成员之一、高国华教授带的博士二年级学生冯岩进驻位于大兴区庞各庄镇保安庄村的首农金银岛牧场，开始为智能挤奶机器人搭建“上真牛”的实验棚。牧场目前使用的是欧洲的挤奶设备，为了便于实验，特意选了3头“没上过机器”的奶牛借给团队。“但是我们4个学生那时候什么都不懂，既不知道奶牛的体型个体差异有多大，也不知道怎么照顾牛，结果刚搭建的实验棚里温度高达48℃，3头牛很快发生了热应激。当时既挫败又伤心。”他告诉北青报记者。

于是他们住进牧场养牛工、挤奶工的宿舍，没事就跟工人、场长聊天，一切从头学起。比如，他们发现自己赶牛时，牛不肯往前走。向工人请教后才知道，牛的瞳孔与人不一样，如果人站在身后，在它视野里就显得特别大，牛会害怕，所以赶牛人要Z字形行走。再比如，牛没有汗孔，因此非常怕热，要靠喷淋装置使棚内温度控制在25℃左右。牛热不热不能看温度，要看牛肚子喘不喘，以及咀嚼时是否分泌很多唾液……

就这样，团队完善实验棚，加装风机和喷淋装置，不断调整机械臂、套杯等技术细节。他们制造出来的第一代智能挤奶机器人还比较粗糙，牧场场长给他们提出建议，一旦牛“踢杯”很容易伤到牛，而奶牛一受伤就要被淘汰。团队据此改造出来的第二代产品，金属件都包上了胶，还对机械臂的“筷子”部分做了无声处理，以免惊扰到牛。团队成员都在牧场的工人宿舍先后住了半年到一年不等。“机器人从第一代到第三代，是在跟工人们聊天、学习中‘磨’出来的。”冯岩告诉北青报记者。

1200次真牛实验

国产装备走向落地

截至目前，高国华团队已经在全国多处规模化牧场开展长期实地验证，包括在大兴的牧场完成了1200余次真牛操作实验。结果显示，这套智能挤奶机器人全天候稳定运行，各项工况指标表现优异：设备乳头识别准确率达99.2%，复杂环境下自动套杯成功率超98%，从根源上解决了海外设备识别不稳、适配性差的行业通病。而且，这套国产装备搭载了全开放智慧牧场数字平台，可无缝对接国内各类牧场管理系统。平台内置奶牛常见病早期智能诊断模型，可以采集、存储挤奶全流程数据，实现生鲜乳从奶牛养殖到出厂加工全链条溯源，补齐国内奶业数字化管控短板。

来自牧场负责人的反馈是：该设备适配国内养殖环境，识别稳定、故障率低；售后配件供应、技术响应速度远优于进口设备；动态挤奶调控模式大幅减少了奶牛患病情况，生鲜乳产量与品质同步提升，综合运营成本显著降低。

团队下一步计划是推进装备迭代升级，推进规模化量产，面向全国大中小各类牧场推出分层适配产品，助力国内奶业摆脱海外设备依赖。按照全国有存栏奶牛600万头、规模化牧场2000个计算，单体+转盘式智能挤奶装备的市场前景大约有500亿至2000亿元。目前团队已注册成立企业“悟空智形”，由团队成员樊澄逸同学担任企业负责人，负责推进成果落地，“公司的名字寓意是像孙悟空那样形变万物，用科技的力量推动这一产业发展。”高国华教授说。

文/本报记者 雷嘉（图片由北京工业大学提供）